馮 堃 孫曉勇

(1.中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責任公司，北京 100095；2.沈陽新石科技有限公司，遼寧 110122)

隨著煤層氣開采規(guī)模的擴大，產(chǎn)量日益下降的老井逐漸增多，為促進煤層氣的解吸和滲流，現(xiàn)場多次采用了負壓排采技術并取得了顯著的增產(chǎn)效果。根據(jù)重大專項項目“煤層氣高效增產(chǎn)及排采關鍵技術研究”的科研工作任務需要，通過詳細的現(xiàn)場調(diào)研，項目組掌握了煤層氣負壓排采過程中重要的參數(shù)采集需求，結合煤層氣負壓排采井分布在野外山區(qū)維護管理費時費力情況，綜合多家公司的油田數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗，經(jīng)過詳細論證后，研發(fā)了負壓排采智能評價系統(tǒng)。

圖1 煤層氣井負壓排采智能評價系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控部分結構圖

1 功能介紹

煤層氣井負壓排采智能評價系統(tǒng)是具有采集、控制、通訊、分析等功能，能夠實現(xiàn)對壓縮機轉速、排采井的套壓、產(chǎn)氣量、井底流壓、示功圖等生產(chǎn)參數(shù)的自動采集與無線傳輸，控制模塊能夠對抽油機沖次、閥門開啟角度、壓縮機轉速等生產(chǎn)參數(shù)的遠程調(diào)節(jié)。提供及時、準確的動態(tài)數(shù)據(jù)，分析總結工作參數(shù)調(diào)整后井場數(shù)據(jù)變化規(guī)律，根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)律變化尋找更適合煤層氣井生產(chǎn)的排采制度。對比穩(wěn)壓排采、定產(chǎn)排采對煤層氣開采方法與井況適應性，以便更好地服務煤層氣排采生產(chǎn)。本系統(tǒng)為模塊化組合式系統(tǒng)，集先進成熟的計算機軟件技術、網(wǎng)絡技術、無線通信技術、數(shù)據(jù)采集技術以及領先的傳感器技術于一體，是一套完整的負壓排采智能分析系統(tǒng)。

2 設計要點

(1)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，分析歸納總結負壓排采規(guī)律，預測產(chǎn)氣趨勢，實現(xiàn)閾值報警系統(tǒng)，能夠對排采異常參數(shù)適時調(diào)整，分析整理出各種情況下的變化規(guī)律。再由人工干預調(diào)控井場內(nèi)煤層氣井或壓縮機的工作制度實現(xiàn)遠程控制的功能，從而起到承上啟下的作用。

(2)針對煤層氣叢式井場可以將一個平臺作為一個對外的信息點，只配備一套在系統(tǒng)中起到核心作用的單井負壓智能排采裝置，連接煤層氣井的各種數(shù)字化儀器，最大限度的降低成本。

(3)設備組裝時注重元件、部件的安裝布局設計，考慮到操作及維修方便，散熱通暢，機柜的重心穩(wěn)定，各部件間的布線短捷方便，降低布局電磁干擾，預防空間電磁輻射干擾。

(4)加裝輔助傳感器，完善數(shù)據(jù)采集手段。通過液面自動監(jiān)測儀采集套壓、液面深度；通過無線功圖傳感器采集抽油機井的最大載荷、最小載荷、光桿位移、沖次值、示功圖；通過讀取氣體流量計采集日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量、系統(tǒng)壓力、溫度等；通過讀取變頻器的運行狀態(tài)，采集變頻器的電流、電壓、頻率等運行參數(shù)；通過讀取防爆電動調(diào)節(jié)閥的電流信號獲取閥門的開啟大小；通過監(jiān)測產(chǎn)生負壓環(huán)境的壓縮機的各項工作參數(shù)，讀取壓縮機的內(nèi)部控制器信息獲取壓縮機的進氣壓力、排氣壓力、壓縮機電流、電機轉速、運行時間參數(shù)和壓縮機的各種報警信息。系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控結構如圖1所示。

3 關鍵技術

系統(tǒng)設計時多處利用ZigBee短距離無線組網(wǎng)通訊技術，降低現(xiàn)場安裝工作量。

為了準確監(jiān)測井底流壓變化，連續(xù)監(jiān)測井下液位變化，及時調(diào)整油井工作參數(shù)，我們研制了適合煤層氣井的液面自動監(jiān)測儀。儀器采用回聲反射原理，即可以測試有壓井又可以測試無壓井。通過設置測試方式及測試間隔，儀器自動測試，自動精確計算井下液面深度，計算誤差小于1m，能夠自動計算井底流壓，儀器還可以提供套壓數(shù)據(jù)，監(jiān)測煤層氣井從無壓-見氣-產(chǎn)氣的全過程，測試結果可以通過無線網(wǎng)絡傳輸，還可以通過標準通訊接口與數(shù)字化系統(tǒng)連接。

軟件平臺控制2個以上壓縮機機組組成時，機組之間相互獨立，互不影響，可同時開啟，也可單獨開啟任意一臺(但保持一臺是開啟的)，兩臺機組同時開啟或單獨開啟時，其工作邏輯是一致的，何時同開或單開，取決井場氣井壓力。通過軟件平臺的程序設計對煤層氣井特征數(shù)據(jù)的智能分析、快速掌握每口井的排采特征，據(jù)此將接收到的排采任務分解為若干個排采控制周期，根據(jù)每個控制周期的井況實施針對性的控制。該系統(tǒng)針對穩(wěn)產(chǎn)階段，穩(wěn)壓排采，定產(chǎn)排采，設計不同的控制邏輯，當控制模塊接收到排采任務時，依據(jù)判斷當前的排采階段，執(zhí)行對應的控制邏輯。

通過負壓排采智能評價系統(tǒng)與往復式壓縮機配合，研究出負壓排采效果與工作制度的關系，閥組與單井進管網(wǎng)的關系，分析影響單井負壓排采效果的各因素間的關系，確定井口負壓與產(chǎn)氣量的最佳匹配參數(shù)，通過數(shù)據(jù)尋找兩者之間的規(guī)律和聯(lián)系。穩(wěn)壓排采參數(shù)綜合調(diào)節(jié)將井底流壓控制在最適合解析的范圍內(nèi)，尋找井筒內(nèi)液面高度和井口負壓的最佳匹配參數(shù)之間至關重要的規(guī)律和聯(lián)系，根據(jù)產(chǎn)氣量變化及井下壓力變化，為每一口井摸索制定穩(wěn)壓排采的井底流壓上下限；定產(chǎn)排采參數(shù)綜合調(diào)節(jié)將產(chǎn)氣量控制在最適合生產(chǎn)的范圍內(nèi)，尋找井筒內(nèi)液面高度和井口負壓的最佳匹配參數(shù)之間至關重要的規(guī)律和聯(lián)系，根據(jù)生產(chǎn)井的產(chǎn)能和井下壓力變化情況，為每一口井摸索制定定產(chǎn)排采的產(chǎn)氣量上下限，最終達穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的目標，以便更好地服務煤層氣排采生產(chǎn)。

4 現(xiàn)場應用效果

經(jīng)過多次現(xiàn)場調(diào)研， 對排采裝備產(chǎn)品的機、 電、 信、 控一體化方案進行研究， 通過兩套系統(tǒng)近一年多的連續(xù)運行，在保德區(qū)塊選擇產(chǎn)氣量呈明顯衰減趨勢，接近煤礦采空區(qū)的老井開展煤層氣井負壓排采試驗，各項技術指標均達到了設計要求。負壓排采期間壓縮機參數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)變化曲線如圖2所示。

圖2 負壓排采期間壓縮機參數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)變化曲線

5 結論與認識

(1)基于煤層氣井排采動態(tài)預警指標體系的軟件平臺建設思路，負壓排采智能評價系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)控，短信預警，動態(tài)跟蹤，對比分析，自動調(diào)控，降低成本，提高工作效率。

(2)通過大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，液面自動監(jiān)測儀測試數(shù)據(jù)結果精確可靠，儀器工作穩(wěn)定、結構簡單、安裝方便，具有廣泛的推廣應用價值，對于

需要連續(xù)監(jiān)測的煤層氣井，通過對比測試可以代替井下壓力計，綜合使用成本低，適合層氣井場數(shù)字化建設需要，為煤層氣井連續(xù)液面監(jiān)測方案，提供了一種新方法。

(3)通過研究煤層氣定量化排采自動調(diào)控主要技術參數(shù)和相關工藝流程，尋找排采規(guī)律，制定排采制度，采用智能曲線分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)篩選更加便捷，報表生成更簡單，減少生產(chǎn)技術繁忙分析過程。

(4)通過分析對比煤層氣井排采數(shù)據(jù)，合理劃分排采生產(chǎn)階段并總結出不同階段排采參數(shù)與產(chǎn)量之間的變化規(guī)律，運用動態(tài)監(jiān)控技術、數(shù)據(jù)分析技術，趨勢預測技術，實現(xiàn)對煤層氣井負壓排采的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)分析與輔助決策，符合煤層氣井數(shù)字化的可靠低成本運行理念。

(5)通過技術研究與試驗，投入使用數(shù)據(jù)準確可靠，自動調(diào)節(jié)性能良好，執(zhí)行排采制度精度高，故障率低，實現(xiàn)了穩(wěn)壓排采和定產(chǎn)排采對煤層氣提產(chǎn)的效果，滿足精細化排采要求。